Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ gá hàn là gì? Đồ gá hàn là thiết bị công nghệ được dùng trong gia công cơ khí, kiểm tra, lắp ráp sản phẩm. Nó được dùng để xác định vị trí phôi so với dụng cụ hàn, giữ chặt phôi tại vị trí cần gia công. Các bộ phận định vị Cơ cấu kẹp chặt Cơ cấu truyền lực Cơ cấu dẫn hướng Thân và đế đồ gá Cơ cấu định vị và kẹp chặt phôi
NGUYỄN ĐỨC THẮNG 39 ĐỒ GÁ HÀN 39.1 Tổng quan Yêu cầu chung tất dạng hàn cần phải định vị kẹp phôi (gọi chung gá đặt) xác Đồ gá hàn thường thiết bị phổ biến để chỉnh trì phần tử, chi tiết để hàn Gần tất đồ gá hàn thiết kế chế tạo chuyên dùng cho phù hợp với u cầu cụ thể cụm lắp Vì lí này, hầu hết đồ gá hàn đắt thường hợp lí sản xuất hang loạt, hàng khối Khi cần số lượng hạn chế kết cấu chế tạo cho loạt nhỏ đơn chiếc, người ta thường sử dụng phương pháp định vị kẹp chặt khác Ví dụ, chúng định vị giữ tay định vị với xếp kẹp chữ C-, kẹp thanh, nam châm, khung vng đế gang đúc Có thể sử dụng đồ gá tạm thời, thời gian tính kinh tế cho phép Bất kể số lượng sản xuất liên quan, vật hàn phải định vị kẹp chặt cách để đảm bảo chế tạo xác Phần nhằm hướng dẫn việc lựa chọn thiết bị định vị dụng cụ thích hợp, cung cấp đề xuất để tạo điều kiện cho ứng dụng đồ gá cải tiến Thách thức liên quan đến việc lựa chọn phương pháp gá đặt phù hợp cho ứng dụng chi phí phù hợp với mục đích (fitness for purpose) Các tiêu chí khác ứng dụng chúng liên quan đến lựa chọn đồ gá định vị khác 39.2 Đồ gá Trong kĩ thuật hàn tiếng Anh, thuật ngữ fixture, jig tooling có nghĩa Chức đồ gá fixture tạo điều kiện thuận lợi cho tương quan vị trí thân phơi phơi dụng cụ q trình gá lắp vật hàn Việc sử dụng đồ gá fixture giúp tăng dung sai gá lắp, dẫn đến vật hàn chế tạo với suất cao, biến dạng với chi phí thấp hơn, chất lượng làm ln ổn định Mối hàn liên kết phần hoàn toàn đồ gá Nếu cụm lắp hàn đính với tháo trước hàn, thiết bị sử dụng thường gọi gá đính gá lắp Đồ gá phục vụ ba mục đích Chúng sử dụng làm đồ gá đính, đồ gá hàn đồ gá kẹp Những lợi ích việc gá đặt bao gồm: 1) Giảm thiểu việc định phép đo cần thiết người thợ liên quan đến vị trí hướng vật hàn, 2) Cải thiện khả nhận biết dung sai phôi bị vượt quá, NGUYỄN ĐỨC THẮNG 3) Tăng cường khả gá đặt phôi để dung sai chặt chẽ hơn, 4) Giảm thiểu biến dạng hàn, 5) Cần lao động sản xuất để chế tạo sản phẩm hàn, 6) Cải thiện tính đồng chất lượng hàn, 7) Ít lỗi sản phẩm tính tốn nhận biết đồ gá thích hợp Đồ gá định vị tăng cường thực trình hàn tay, bán tự động hoàn toàn tự động cách tối đa hóa định hướng liên kết hàn phép hàn tư phẳng Tùy thuộc vào độ phức tạp thiết kế, đồ gá phải chế tạo tốn Tuy nhiên, chúng có hiệu chi phí suất cao chất lượng mối hàn cải thiện từ việc sử dụng chúng Việc thiết kế chế tạo đồ đạc phải phản ánh số lượng vật hàn sản xuất Nếu số lượng sản phẩm nhỏ, sản xuất đồ gá tạm thời lắp riêng cho sản phẩm Đối với số lượng lớn sản xuất hang loạt, hàng khối, đồ gá thường phần khơng thể thiếu hệ thống sản xuất Chúng gồm thiết bị kẹp lắp tự động vào định vị thích hợp hàn máy hàn tự động robot công nghiệp Một số thành phần chi tiết đồ gá tiêu chuẩn, gồm cấu kẹp hạng nhẹ hạng nặng, có sẵn thị trường Các cấu, cụm kết hợp vào thiết bị cố định chuyên dụng cho hoạt động sản xuất lớn Các cấu tạo thành đồ gá điều chỉnh dạng modular dễ dàng biến đổi phù hợp với sản phẩm chạy thời gian ngắn Đối với hầu hết chi tiết, đồ gá mua từ nhà tích hợp hệ thống định vị đồ gá, từ cửa công cụ khuôn xưởng khí Ngồi ra, chúng thiết kế chế tạo từ kĩ thuật viên, công nhân vận hành nhà máy để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất nhiều cụm lắp 39.2.1 Các yêu cầu thiết kế Các thiết kế đồ gá nên kết hợp nhiều tính mong muốn Lí tưởng đồ gá phải đơn giản khơng đắt có khả tạo kết cấu hàn gia công tối thiểu kiểm sốt kích thước dung sai thiết yếu phôi Liên kết hàn phải tiếp cận qua lỗ, rãnh vết cắt đồ gá với định vị phù hợp để hàn tư phẳng Ngồi ra, đồ gá sản xuất thường có cấu tạo để cứng vững vật hàn chế tạo Các phận dụng cụ tiếp xúc điểm, chốt tì phải làm thép dụng cụ đồng loại class III Chúng nên ghép nối với chốt khóa lại để đảm bảo độ xác dễ thay NGUYỄN ĐỨC THẮNG Khi hàn, cấu chốt giữ, kẹp, điều khiển khí nén ren bu lông đai ốc phải bảo vệ khỏi bắn tóe từ hồ quang hàn Cylinder kẹp khí nén phải kẹp vị trí thu vào để bảo vệ cần cylinder khỏi giọt bắn tóe Đường ống khí nén phải ống cứng ống chống cháy với lớp bảo vệ chống lại bám giọt bắn tóe Vì đầu chìm bu lơng lắp có xu hướng bị lấp đầy giọt bắn tóe, nên bu lơng đầu nhơ, kẹp để tháo dễ dàng, ưu tiên Thiết kế đồ gá phải cho phép lắp phôi với số lượng tối thiểu mối hàn tạm thời, để nhìn thấy sau hàn xong Chúng phải tạo điều kiện thuận lợi cho vị trí phơi lắp ráp, cung cấp khả điều chỉnh linh hoạt hàn đảm bảo dễ dàng lấy phôi khỏi đồ gá sau hàn Để tính đến phản ứng nhiệt, thiết kế nên sử dụng vật liệu hạn chế biến dạng hỏng hóc Độ vồng dải dẫn nhiệt, sử dụng để kiểm soát biến dạng, phải tạo di chuyển tự theo hướng để bù co ngót chuyển động theo góc phần mối hàn nguội đồ gá Đối với tính dẫn điện, điểm kết nối dây dẫn đến phôi việc lựa chọn kẹp vật liệu sử dụng đồ gá cân nhắc quan trọng để nối đất hiệu loại bỏ điều kiện hồ quang không ổn định Các thiết kế phải cho phép gia nhiệt, làm nguội lót xơng khí trơ cho mối hàn, cần thiết Tùy thuộc vào mức độ tinh vi đại, việc phát phơi, phản hồi hệ thống khóa liên động điều khiển xem xét thiết kế đồ gá Người thiết kế phải định hàn mối hàn phôi đồ gá Ví dụ, mặt sau mối hàn thấu hồn tồn bị lồi sau vật hàn tháo khỏi đồ gá Phải hàn đủ số lượng mối hàn đồ gá để hạn chế việc biến dạng q trình lắp ngồi đồ gá Vì hầu hết mối hàn chế tạo dạng cụm lắp tổ hợp, nên dung sai quan trọng Tuy nhiên, kích thước trung gian thường quan trọng so với kích thước cuối kích thước khn khổ, kích thước kiểm sốt lắp sau Các quy trình sau cần tuân thủ thiết kế đồ gá: 1) Rà soát tất liệu kỹ thuật chế tạo phơi phù hợp – tập trung vào hình dạng, gá chức sản phẩm – phát triển khái niệm thiết kế dự kiến; 2) Xem xét tất tiêu chí hoạt động thích hợp – gồm khả truyền nhiệt nối đất, hướng chất tải chi tiết khả tiếp cận, dòng chảy diễn biến chi tiết, bảo trì mài mịn – phát triển khái niệm thiết kế dự kiến; NGUYỄN ĐỨC THẮNG 3) Khảo sát tất liệu trình thích hợp – gồm q trình hàn, khả tiếp cận định hướng mối hàn, nối đất, từ tính kiểm tra – phát triển khái niệm dự kiến; 4) Xem xét tất tiêu chí thích hợp người vận hành bao gồm vấn đề cơng thái học, an tồn cân nhắc xử lí phần – phát triển khái niệm thiết kế dự kiến; 5) Đánh giá thiết kế dự kiến chọn để xác định đồ gá tiết kiệm cho chi tiết, có tính đến thiết kế, chế tạo, vận hành, khấu hao chi phí khác Liên quan đến cân nhắc an toàn, thiết kế đồ gá phải cung cấp cho người vận hành, phôi, đồ gá dụng cụ môi trường làm việc an toàn, tiện lợi trước, sau chu trình làm việc 39.2.2 Các hệ thống kẹp giữ Các cấu kẹp tác dụng trì đủ lực giữ phơi mà phải chống lại lực tác động nhiệt lực dụng cụ Để thiết kế kẹp phù hợp, cần phân tích kĩ lưỡng phơi lực tác động lên Thiết kế kẹp tốt giảm chi phí quy trình sản phẩm cách tăng chất lượng suất Một loạt cấu kẹp tích hợp vào đồ gá hàn Chúng bao gồm vít; dây đai; cam; móc; thiết bị thủy lực, khí nén, từ tính chân không Các yếu tố sau cần xem xét chọn cấu kẹp: 1) Áp lực kẹp phải tác động đỡ phôi mà không bị biến dạng ngăn ngừa cong lệch mức hư hỏng hóc; 2) Phơi gia cơng phải giữ vị trí định hướng thích hợp, cho phép dự đốn ảnh hưởng thay đổi nhiệt đến đặc tính vật hàn; 3) Việc đặt tải dỡ tải phải thực nhanh chóng dễ dàng mà khơng bị dính kẹt; 4) Hoạt động an toàn nên đảm bảo suốt chu trình làm việc; 5) Cần đảm bảo độ dẫn điện tốt; 6) Phải cung cấp tản nhiệt giữ nhiệt, theo yêu cầu; 7) Cần có tay cầm với nắm to, dài để thuận tiện cho thao tác thủ công với găng tay; 8) Cơ cấu phải hoạt động phần tích hợp đồ gá mà không bị cản trở 39.2.3 Công cụ module NGUYỄN ĐỨC THẮNG Việc sử dụng công cụ module cho phép tăng tính linh hoạt cách cung cấp đồ gá hiệu quả, thay lắp lẫn cho Hình 9.1 mơ tả ứng dụng gá module điển hình để chế tạo khung đỡ máy Sản phẩm cung cấp bề mặt làm việc xác, ổn định với mẫu lỗ xác cho vô số thành phần giữ, định vị, giằng kẹp Vì cơng cụ module tháo rời được, u cầu khơng gian lưu trữ so với đồ gá thơng thường Hình 39.1 — Hệ cơng cụ module Hình 39.2 mơ tả biến thể điển hình cơng cụ module làm đồ gá cho vật hàn Tính linh hoạt hữu ích cho cơng việc tùy chỉnh, tạo mẫu yêu cầu vận hành sản xuất khác Hình 39.2 — Các biến thể cơng cụ module 39.2.4 Các ứng dụng NGUYỄN ĐỨC THẮNG Mặc dù chế tạo kim loại, nhiều dạng biến thể đồ gá sử dụng, hầu hết chúng thuộc ba loại lớn Đó đồ gá hàn đính, đồ gá hàn đồ gá giữ kẹp 39.2.4.1 Đồ gá hàn đính Đồ gá hàn đính sử dụng để định vị chi tiết thành phần vật hàn theo hướng thích hợp phù hợp với việc gá cho hàn đính Vật hàn tháo khỏi đồ gá sau đính, q trình hàn kết thúc thực nguyên công đồ gá khác Cấu tạo đồ gá hàn đính đơn giản đồ gá thường không cần phải chịu ứng suất nhiệt ứng suất sinh với đồ gá hàn Hình 39.3a b trình bày đồ gá hàn đính tương ứng điều kiện khơng tải có tải Hình 39.3 — Đồ gá hàn đính: a) Khơng tải; b) Chịu tải 39.2.4.2 Đồ gá hàn sản xuất Đồ gá hàn sử dụng để giữ kẹp chi tiết, thành phần vật hàn theo hướng thích hợp với gá lắp hàn thực vật hàn Những đồ gá loại bỏ việc xử lí bổ sung Chúng có cấu tạo để chịu ứng suất nhiệt áp lực vật hàn trình hàn Đồ gá hàn đường, đồ gá xác số đồ gá hàn robot phù hợp với hạng Đồ gá hàn đường thiết kế để định vị vật hàn đường thẳng tư đứng Hình 39.4 giới thiệu hệ thống hàn đường bên Các dải kép địn kẹp giữ thành phần phơi đối diện với để hàn giáp mối có chất lượng quán NGUYỄN ĐỨC THẮNG Hình 39.4 — Đồ gá hàn đường Hình 39.5a mơ tả cách bố trí kẹp phẳng bên điển hình để hàn dọc hình trụ (hàn đường sinh) phẳng Hình 39.5b trình bày mặt cắt ngang bố trí kẹp phẳng bên thường sử dụng cho mối hàn đường sinh ngồi Trục gá đáy đóng vai trò đỡ tản nhiệt khu vực kẹp liên kết hàn Các trục gá hoán đổi cho sử dụng để hàn phẳng, hình trụ, hình cơn, góc cấu hình dạng hộp hở Gia nhiệt, làm nguội, trợ dung khí trơ sử dụng trục gá vơi đáy để cải thiện chất lượng hàn Đồ gá thiết kế để tạo điều kiện thuận lợi hàn độ thấu đến 100% với biến dạng tối thiểu Hình 39.5 — Mặt cắt đồ gá kẹp hàn đường: a) Tấm phẳng trong; b) Bên Đồ gá hàn xác thiết kế để sản xuất chế tạo với độ xác cao, dung sai nhỏ Các đồ gá xác điển hình thể hình 39.6, 39.7 39.8 Hình 39.6 mơ tả cụm lắp phụ đầu bên phải chi tiết cụm hàn NGUYỄN ĐỨC THẮNG hệ thống bệ phóng điện tử tăng cường nhơm (ELES) cho Chương trình Nâng cao khả tên lửa Patriot (PAC 3) Cụm lắp hàn ELES chứa tất thiết bị điện tử cần thiết để tên lửa giao tiếp với bệ phóng Ngồi đồ gá xác này, u cầu quy trình hàn lắp ráp chi tiết theo bước với số thông số kĩ thuật quy trình hàn (WPS) để đáp ứng dung sai chế tạo 0.762 mm (0.030 in) Hình 39.6 — Đồ gá hàn cho Hệ thống hàn điện tử (ELES) Chương trình PAC Hình 39.7 trình bày cách bố trí đồ gá hai mảnh để hàn khớp nối sensor oxy vào thân dập chuyển đổi xúc tác Sensor oxy đặt đường tâm trục máy Bộ cố định dụng cụ xoay 360° mỏ hàn điều khiển cam để theo liên kết hàn Hình 39.7 — Đồ gá hàn hai mảnh NGUYỄN ĐỨC THẮNG Cấu tạo đồ gá ba mảnh để hàn đồng thời đường ống đầu vào đầu với thân chuyển đổi xúc tác thể hình 39.8 Đồ gá thân chuyển đổi xúc tác gắn giá kẹp hình vỏ sị có lề mở để tạo điều kiện thuận lợi cho việc nạp dỡ phôi Giá kẹp tâm đồng học với trục quay bên ngồi Ba thành phần rời xoay 360° để hàn Khi đầu vào đầu chuyển đổi xúc tác dịch chuyển bù, cần chuyển động mỏ hàn điều khiển cam để theo dõi liên kết hàn Hình 39.8 — Đồ gá hàn ba mảnh Các đồ gá hàn robot phải cho phép robot tiếp cận phôi mà không bị cản trở Do đó, đồ gá phải có kẹp profile thấp nằm cách xa đường hàn Chúng có hai điểm tham chiếu có mối quan hệ cố định với đường hàn phôi Sau đó, robot lập trình để xác định vị trí điểm tham chiếu đồ gá Các điểm tham chiếu thiết lập hệ tọa độ, mà robot sử dụng để tìm đường theo đường hàn phôi Đồ gá hàn robot phải thiết kế phép phôi chất tải tháo nhanh chóng Tế bào robot hình 39.9 gồm bàn xoay cấu hình ụ trạm kép trước sau cho phép người vận hành chất tải tháo phôi robot thực hàn sản xuất phía sau vách ngăn Khi hồn thành chu trình, bàn xoay quay 180° trình lặp lại NGUYỄN ĐỨC THẮNG Hình 39.9 — Người thợ chất tải cụm lắp lên đồ gá trạm hàn robot Cần xem xét kiểm tra đồ gá cho vật hàn phức tạp, tinh vi cồng kềnh, để xác định tính khả thi mức độ thực tế việc đặt đồ gá cho hoàn thành việc hàn giai đoạn Trong nhiều trường hợp, phải sử dụng nhiều đồ gá để hoàn thành kết cấu hàn Ví dụ, thành phần vật hàn đính đồ gá hàn đính cụm lắp chế tạo đồ gá hàn sau chuyển đến đồ gá giữ, thường định vị, để xử lí vật hàn chuỗi cụm lắp phụ quản lí 39.2.4.3 Đồ gá giữ kẹp Đồ gá giữ kẹp thiết kế để trì thành phần cụm lắp phụ đính trước theo hướng thích hợp định vị Những đồ gá có cấu định vị khơng thể thiếu thiết kế chúng để đạt hướng hàn thích hợp vật hàn Giống đồ gá hàn, đồ gá giữ kẹp có cấu tạo để chịu ứng suất nhiệt áp lực mà vật hàn phải chịu q trình hàn Trong hình 39.14, khung bánh xích giữ khung lõm đồ gá giữ kẹp